Recenzja ksiązki
Lucjan Piela, Idee chemii kwantowej
Prof. dr hab. Andrzej Holas

„W trakcie pisania myślałem cały czas o moich studentach” zwierza się autor we Wstępie omawianej książki. Bez wątpienia, jego celem było napisanie podręcznika. Ten zamysł autora został zrealizowany, w mojej opinii, w najbardziej perfekcyjny sposób. Autor zaadoptował w swojej książce „zabiegi pedagogiczne” stosowane w rozmaitych podręcznikach z zakresu nauk ścisłych, rozszerzył je o liczne swoje własne pomysły i w efekcie powstał podręcznik o strukturze niezwykle przyjaznej dla studiującego i optymalnie wspierającej przyswajanie materiału i jego utrwalanie. Autor konsekwentnie konstruuje każdy (bez wyjątków) rozdział według tego samego „dydaktycznego” schematu. Przed wykładem treści rozdziału daje kilka podrozdziałów wprowadzających, a mianowicie „Gdzie jesteśmy”, „Przykład”, „O czym to będzie”, „Dlaczego to jest ważne”, „Co jest potrzebne”, „Prace klasyczne”. Wewnątrz treści wykładu, ważne wzory i stwierdzenia obwodzi ramkami. Zamyka rozdział następującymi podrozdziałami: „Podsumowanie”, „Główne koncepcje, nowe terminy”, „Z frontu badań”, „Ad futurum ...”, „Dalsza lektura”, „Próbujemy sił” (10 zadań), i „Odpowiedzi” do nich. Same tytuły wystarczająco dobrze charakteryzują rolę podrozdziałów, tym nie mniej autor wyjaśnia czytelnikowi we Wstępie ich funkcję. Daje tam również (w oparciu o swoje długoletnie doświadczenie wykładowcy) konkretne wskazówki, jak się uczyć efektywnie. Studiując samemu te rozdziały książki, które dotyczyły mało znanego mi materiału, przekonałem się o dużej wartości dydaktycznej omówionej wyżej struktury rozdziałów. Warto w tym miejscu podkreślić, że podręcznik ten jest skierowany do bardzo szerokiego grona studiujących: zarówno do studentów wyższych uczelni, doktorantów, jak i dojrzałych naukowców, chcących uzupełnić czy pogłębić wiedzę z różnych działów mechaniki kwantowej. Użyłem tutaj neutralnego słowa „mechanika”, gdyż autor książki unika „zaszufladkowania” omawianych problemów do chemii, fizyki, czy biologii, a zajmuje się narzędziem pozwalającym opisać i zrozumieć przyrodę na poziomie mikroświata. Szerokie grono studiujących oznacza więc również środowisko chemików różnych specjalności, fizyków materii skondensowanej i cząsteczek, biologów molekularnych, astrofizyków itd.

Wielką zaletą książki, wyróżniającą ją na tle innych podręczników, jest jej język zbliżony do mówionego na wykładzie, obrazowy, używający zwrotów potocznych, zaskakujących porównań, osobistych odczuć autora, pełen humoru, budzący zaciekawienie. Mimo ogromnych rozmiarów (ponad 1100 stron dużego formatu) książkę tę łatwo studiować: bardzo przejrzysty schemat wzajemnych zależności i uwarunkowań pomiędzy jej poszczególnymi rozdziałami, tzw. „drzewo”, wyrysowany jest na wyklejce okładki, skomentowany we Wstępie, a każdy podrozdział „Gdzie jesteśmy”, umieszcza materiał na konkretnym „konarze drzewa”. Dzięki temu, każdy użytkownik podręcznika łatwo może skonstruować sobie własny program studiowania i wykroić go z tego ogromnego zasobu wiadomości. Generalnie, konstrukcja tego podręcznika sprzyja samodzielnemu studiowaniu. Zaawansowana wiedza matematyczna, potrzebna do zrozumienia obiektów chemii kwantowej i do dalszego posługiwania się nimi, jest dostarczona przez autora w postaci 16-tu Dodatków A-P. Zrealizowana w ten sposób „samowystarczalność” podręcznika znacznie ułatwia korzystanie z niego osobom, którym brak szerszej wiedzy matematycznej lub potrzebującym jej odświeżenia.

Mam duże uznanie dla dbałości autora o powiązanie nowych idei i odkryć naukowych z konkretnymi osobami (przez zamieszczenie ich krótkich biogramów i fotografii, a także przytoczenie uzasadnienia nagrody Nobla, gdy są laureatami), i zwrócenie uwagi czytelnika na ewolucyjny charakter rozwoju idei naukowych. Dzięki temu wykład nabiera cech niemal beletrystycznych, ułatwiających przyswajanie trudnego, jakby nie było, materiału. Poza tym, prawie na każdej stronie jest kilka przypisów, wskazujących na ciekawe powiązania między różnymi partiami materiału, przedstawiających szczegóły dowodów matematycznych, odnośniki do oryginalnych publikacji, komentarz o ukrytych założeniach, trudnościach, itp. Wszystko to można pominąć przy pierwszym czytaniu, ale dzięki tym biogramom i przypisom kolejne czytanie jest nadal ciekawe i pasjonujące.

Autor z powodzeniem sięga po nowoczesne metody kontaktu z czytelnikiem by wzbogacić jego wiedzę. Mam tu na myśli „Aneks” internetowy, zapowiedziany we Wstępie, potem wzmiankowany w tekście, a dostępny na serwerze PWN. Zawiera on suplementy do poszczególnych rozdziałów, odsyłacze do stron internetowych dających szersze omówienie niektórych pojęć użytych w tekście. Czytelnik znajdzie tam również narzędzie komputerowe do „oglądania” molekuł, dane do programu „Mathematica” dotyczące problemów dyskutowanych w podręczniku. W końcu mieści się tam też „Errata” książki, stale uzupełniana, w miarę napływu uwag od krytycznych czytelników.

Dotąd omawiałem formalne zalety tego podręcznika, zatem pora odnieść się do jego treści merytorycznej. Bezpośrednio mogę się ustosunkować się do około 1/3 materiału, której tematyka jest mi bliska ze względu na moje własne zainteresowania naukowe. Z całym przekonaniem stwierdzam, że dobór i prezentacja materiału przez autora odpowiada wysokim standardom naukowym. Śmiało ekstrapoluję tę ocenę na całość podręcznika, znając, z jednej strony, autorytet, jakim cieszy się autor na arenie międzynarodowej, i widząc, z drugiej strony, listę niezwykle kompetentnych recenzentów, mających wpływ na treść podręcznika. Cenną cechą tego podręcznika jest jego aktualność. Uwzględnia materiał wykraczający poza zakres typowych podręczników z tej dziedziny (również zagranicznych), a dostępny, w zasadzie, tylko w artykułach przeglądowych lub monografiach.

Przy tych rozmiarach książki, nie sposób uniknąć niedopatrzeń korekty, pewnych nieścisłości czy niekonsekwencji. Pełną listę zauważonych usterek przekażę bezpośrednio autorowi, tutaj ograniczę się do kilku przykładów. We wzorze (10.27), str. 556, brak „daszków” nad i^† j, bez których trudno domyśleć się, że są to operatory drugiej kwantyzacji. Ale nawet po poprawieniu błędu, a z myślą o czytelnikach, którzy pominęli odnośnik 48 w omawianym rozdziale, warto po wzorze (10.27) dać odnośnik do Dodatku U, gdzie te operatory są zdefiniowane. W jednocząstkowej macierzy gęstości Γ, zdefiniowanej na str. 638 i następnie użytej tam do obliczenia T, należy przestawić jej argumenty z (r’,r) na (r,r’), aby być w zgodzie z przyjętymi powszechnie oznaczeniami i, w szczególności z analogicznymi oznaczeniami dla macierzy dwucząstkowej w przypisie 27 na str. 616. Przy omawianiu orbitali naturalnych, str. 550, warto by nadmienić, że liczby obsadzeń i odpowiadające im orbitale naturalne są wartościami własnymi i funkcjami własnymi operatora całkowego jednocząstkowej macierzy gęstości, dla którego Γ (r,r’) jest jego jądrem.

Na zakończenie chciałbym powiedzieć, że omawiana książka po prostu podoba mi się, i że jestem pełen podziwu dla autora za jego niezmierny trud włożony w napisanie tak ogromnego dzieła, w tak udany sposób.

Kierownik Zakładu Kwantowej Teorii Ciała Stałego i Molekuł
Instytutu Chemii Fizycznej PAN
Prof. dr hab. Andrzej Holas